2光子メゾスコープ


  • Subcellular-Level Resolution over a Ø5 mm Field of View
  • High-Speed Functional Imaging Across Several Brain Regions Operating in Concert

Mesoscope

Shown with Objective at -20° Rotation

US Patent 10,295,811 & 10,901,194

With a large field of
view (FOV), our Mesoscope
can simultaneously capture
multiple brain regions;
the black circle represents
the Ø5 mm FOV.

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ランダムアクセス走査
当社のメゾスコープは、お客様が設定した走査パターンに従って視野を横方向および軸方向に移動し、高速で画像を作成します。 各領域間を飛び回ってイメージングし、脳内の複数領域間の統合された神経活動を可視化することができます。

デュアルプレーンイメージング機能のアドオン

ランダムアクセス型2光子メゾスコープ(2p-RAM)には、軸方向における2つの独立した焦点面を同時にイメージングできるデュアルプレーンイメージングのアドオンをご用意しております。詳細については「構成」タブおよび「用途」タブをご覧ください。

デュアルプレーン2光子メゾスコープによるin vivo カルシウムイメージング:
一次視覚皮質(V1)、外内側(LM)、前外側(AL)、および前内側(AM)の各領域におけるVIP抑制細胞。1プレーンあたりのフレームレートは11 Hz、FOVは 400 µmです。(画像ご提供:Dmitri Tsyboulski, Natalia Orlova, Fiona Griffin, Sam Seid, Jersome Lecoq, and Peter Saggau; Allen Institute for Brain Science, Washington, USA.)

特長

  • Ø5 mmの視野内における機能イメージング
  • 視野全体または複数の非連続領域を走査するように設定可能
  • 顕微鏡ボディは試料周りの回転(±20°)とXYZの精密移動が可能
  • 1 mmの移動範囲で高速Z軸視野制御を行うリモート集光ミラー
  • 筐体内の広い作業スペースに複数の試料や実験装置を設置可能
  • 試料を固定したまま視野を移動可能
  • HHMI Janelia Research Campusから認可を取得した技術を使用
  • ベッセルビームを使用したボリュームイメージング手法やデュアルプレーン集光モジュールのアドオンも可能です。詳細については「用途」タブをご覧ください。

動作範囲

  • 対物レンズの焦点周りを-20°~+20°の角度で回転
  • Xの精密移動:50.8 mm
  • Yの精密移動:152.4 mm
  • Zの精密移動:50.8 mm
  • 対物レンズとともにXYZ軸が回転
  • リモート集光ミラーにより、走査中に1 mmの範囲で焦点調整が可能

当社のランダムアクセス型2光子メゾスコープ(2p-RAM、US Patent 10,295,811および10,901,194)は、Ø5 mmの極めて大きな視野を有しながら細胞下レベルの分解能を実現しています。このメゾスコープはHHMI Janelia研究キャンパスのKarel Svoboda氏の研究室と協力して開発・製品化されており、空間的に離れていながら協調して働いている脳内の複数領域のin vivo機能イメージング用として設計されています。視野内において非連続の関心領域(ROI)をイメージングする場合は、ビデオフレームレートレベルでの画像取得が可能です(「用途」タブ参照)。

当社の2p-RAMは、2光子のランダムアクセス走査が可能です(右上の写真参照)。このシステムには、リモート集光ユニットが内蔵されており、焦点面を1 mmの範囲で移動できます。リモート集光ユニットは、ほぼ共役位置に置かれたミラーとレゾナントスキャナから構成される横方向走査ユニットと連携して、測定中に視野を横方向と軸方向に移動できます。 横方向走査ユニットは、Ø5mmの視野内における励起光の照射領域を約6 msで切り替えることができます。対物レンズは、WDが2.7 mmまたは5.0 mmのどちらかから選択することができます。どちらも、励起用としてNA0.6、集光用としてNA1.0という大きなNAを有します。走査用光学系が対応する波長範囲は、GFPおよび赤色蛍光タンパク質を2光子励起させるのに適した900~1070 nmが採用されています。これは当社のTiberius®レーザをはじめとする、多光子顕微鏡用に設計された波長可変Ti:Sapphireレーザにも対応します。

このメゾスコープにはモーションコントロールシステムが組み込まれており、試料を固定したままメゾスコープ本体を動かすことができます。メゾスコープ本体は対物レンズ周りの回転(-20°~+20°)のほか、X、Y、Z方向の移動(それぞれ50.8 mm、152.4 mm、50.8 mm)が可能です。これは、当社のBergamo®シリーズ多光子顕微鏡のXYZが対物レンズとともに回転するのと同様です。多関節式のペリスコープを用いると、動作範囲全体にわたりレーザのアライメントを維持できます。覚醒して動く試料では広い作業スペースが必要となるため、メゾスコープの筐体内には光学ワークステーション上に実験装置を設置するためのスペースが確保されています。

Press Release

当ページに掲載している何枚かの写真はhttps://elifesciences.org/content/
5/e14472/article-data
より抜粋しており、それらはクリエイティブ ・コモンズのライセンスにより使用許諾されています。

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Mesoscope Specifications
Scan Path Wavelength Range900 - 1070 nm
Field of ViewØ5 mm
Objective
Excitation NAa0.6
Collection NAa1.0
Working Distance
(Minimum)b
2.7 mm or 5.0 mmc
Lateral Scan Unit12 kHz Resonant Scanner + Virtually Conjugated Galvo Scanner Set
Scan SpeedField of View is Divided into 608-µm-Wide Vertical Stripes; Time per Scan Line is 42 µs
Scan Speed = 42 µs × Number of Stripes × Number of Scan Lines
ExamplesdLow Resolution, Full Field of View:
4.3 Frames per Second (6.3 mm × 5.4 mm Area, 500 Scan Lines, 9 Stripes)
High Resolution, Multiple Regions of Interest:
9.5 Frames per Second (Four 600 µm × 600 µm Areas, 512 Scan Lines per Area, 1 Stripe per Area)
Epi-DetectionTwo Ultrasensitive GaAsP PMTs
Range of Motion
Objective Rotation-20° to +20° Around Objective Focus; 0.1° Encoder Resolution
X2" (50.8 mm); 0.5 µm Encoder Resolution
Y6" (152.4 mm); 0.5 µm Encoder Resolution
ZStepper Motor2" (50.8 mm), 0.1 µm Encoder Resolution
Remote Focusing Mirror1 mm Travel Range
  • このNAは、走査光路全体の波長範囲において適用されます。
  • このメゾスコープの集光用リモートミラーは、対物レンズや試料を動かさずに焦点面を1 mmの範囲で移動可能なため、試料を対物レンズの作動距離(WD)よりも離れた位置に置くことができます。
  • WDが2.7 mmまたは5.0 mmのどちらかの対物レンズを選択することができます。
  • 表内で示されている例は、「用途」タブ内の動画でご覧いただけます。

製品や技術に関してご質問・ご相談がございましたら当社までご連絡ください。

構成:ランダムアクセス型2光子メゾスコープ(2p-RAM)とデュアルプレーンイメージング機能のアドオンされた2p-RAMの比較

ランダムアクセス型2光子メゾスコープ(2p-RAM、左下)は、焦点面を1 mmの範囲で移動させる集光用リモートミラー、ほぼ共役なミラーとレゾナトスキャナから構成される横方向走査ユニット、動作範囲全体にわたってレーザのアライメントを維持する多関節式ペリスコープ、単一光子イメージングおよび光刺激用の補助的な光路、NAの大きな専用の対物レンズなど、多数の光学システムを内蔵し、それらは全て連携して動作するように最適化されています。デュアルプレーンイメージング機能のアドオンされた2p-RAM(右下)は、同じ光学システムに2つ目のリモート集光モジュールが追加されています。 アドオンについての詳細は「用途」タブをご覧ください。

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デュアルプレーンイメージング機能のアドオンされた2p-RAM

用途

 

カルシウムイメージング
このランダムアクセス型2光子メゾスコープ(2p-RAM)は、HHMI Janelia研究キャンパスのKarel Svoboda氏の研究室と協力して開発・製品化されました。このメゾスコープでカルシウムイメージングを行うと、脳内の複数の領域におけるニューロンの活動を捉えることができます。カルシウムイメージングは、カルシウムインジケータを使用してニューロン集団の活動を追跡するために使用される一般的な手法です。 光の散乱が大きくコントラストが低いワイドフィールド顕微鏡とは異なり、2光子顕微鏡ではin vivoカルシウムイメージングに必要な高解像度とコントラストの向上を実現できます。

thy-1プロモータ(GP 5.17ライン)によってGCaMP6fが発現した大脳皮質の2/3層の低倍率画像と、それに続く高分解能、高フレームレートで取得された4つの視野の画像。(画像ご提供:Nicholas James Sofroniew, Daniel Flickinger, Jonathan King, and Karel Svoboda; Janelia Research Campus and Vidrio Technologies, Virginia, USA.)

Svoboda氏の研究チームは、2p-RAMを用いて、GCaMP6fカルシウムインジケータを発現する試料のin vivoイメージングを実証しました。右の動画および下の写真のように、多光子メゾスコープでは、視野内における非連続の関心領域(ROI)をビデオフレームレートレベルでイメージングできます。詳細については、research paperをご覧ください。

参照文献: Sofroniew NJ, Flickinger D, King J, and Svoboda K. "A large field of view two-photon mesoscope with subcellular resolution for in vivo imaging.ELife. 2016 Jun. 14; 14472.

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このメゾスコープでは、お客様が設定された数の関心領域を1回の走査でトレースすることができます。
(画像ご提供:Karel Svoboda, Janelia Research Campus, Virginia, USA.)

 

デュアルプレーンイメージング
Karel Svoboda氏の研究室における研究に基づいて、Allen脳科学研究所(Allen Institute for Brain Science)の研究者が多光子メゾスコープに第2の励起光路を追加するためのデュアルプレーン集光アドオンを設計しました。これにより、軸方向における2つの独立した焦点面を同時にイメージングできるようなりました。このモジュールは、設置済みのメゾスコープに対する調整をせずに、システムに追加したり取り外したりできます。Allen脳科学研究所の研究者は、デュアルプレーン集光アドオンを使用した場合と使用しない場合の多光子メゾスコープの比較研究を行い、イメージングスループットが2倍に増加したことを確認しています。下の動画は、デュアルプレーン多光子メゾスコープを使用したin vivoカルシウムイメージングの様子です。Allen脳科学研究所についての詳細は研究所のウェブサイトをご覧ください。

デュアルプレーン集光アドオンについては当社までお問い合わせください。

参照文献: Tsyboulski D, Orlova N, Lecoq J, and Saggau P. "MesoScope Upgrade: Dual Plane Remote Focusing Imaging System for Recording of Ca2+ Signals in Neural Ensembles.Biophotonics Congress: Biomedical Optics Congress 2018 (Microscopy/Translational/Brain/OTS), OSA Technical Digest. 2018; JW3A.60.

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リモート集光ユニット
プライマリとセカンダリのリモート集光ユニットは同じ設計になっており、1/4波長板、カスタム仕様の対物レンズ、およびボイスコイルに取り付けられた小型ミラーから構成されています。リモート集光ユニットの前に設置されている偏光ビームスプリッタにより、p偏光はプライマリユニットに、s偏光はセカンダリユニットに向けられます。
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デュアルプレーンイメージング機能のアドオン
デュアルプレーンイメージング機能のアドオンでは、オリジナルの2p-RAMシステムにもう一つのリモート集光ユニット(セカンダリユニット)を組み込みます。このユニットは、設置済みのシステムに対する調整をせずに、追加したり取り外したりできます。

Slc17a7-IRES2-Creの興奮性細胞;CaMkII-tTa;一次視覚皮質(V1)およびLateromedial(LM)領域のAi93試料。1プレーンあたりのフレームレート11 Hz、FOV 400 µmでの画像。
(画像ご提供:Dmitri Tsyboulski, Natalia Orlova, Fiona Griffin, Sam Seid, Jersome Lecoq, and Peter Saggau; Allen Institute for Brain Science, Washington, USA.)

一次視覚皮質(V1)、Lateromedial (LM)、前外側(AL)、および前内側(AM)領域のVIP抑制細胞。1プレーンあたりのフレームレート11 Hz、FOV 400 µmでの画像。
(画像ご提供:Dmitri Tsyboulski, Natalia Orlova, Fiona Griffin, Sam Seid, Jersome Lecoq, and Peter Saggau; Allen Institute for Brain Science, Washington, USA.)

 

ベッセルビームを使用したボリュームイメージング
Howard Hughes Medical Institute (HHMI)とNa Ji教授(カリフォルニア大学バークレー校)の協力を得て、当社では多光子メゾスコープ用のベッセルビームモジュールをご提供しています。 神経細胞活動のin vivoボリュームイメージングを行うには、サブミクロンの空間分解能とミリ秒の時間分解能の両方が必要です。従来の方法では、回折限界のガウシアンビームを走査して3次元画像を作成しますが、ベッセルビームを用いた多光子イメージングでは、軸方向に細長い集光スポットを利用してボリューム画像を取得します。励起光の被写界深度が拡大されたことにより3次元の体積が2次元に投影され、2次元フレームレートは効率的に3次元ボリュームレートに変換されます。

Ji氏の先駆的な研究で実証されたように、このベッセルビームを用いた高速のイメージング技術はシナプス解像度を有し、Ca2+ダイナミクスや、マウスとフェレットの視覚皮質における樹状突起スパインの調整特性などの計測ができます。 下の画像はこのベッセルビームを用いた多光子イメージング技術の能力を示しています。Thy1-GFP-Mマウスの脳切片の300 x 300 μmの範囲を、それぞれベッセルビーム(左)およびガウシアンビーム(右)で走査した画像を比較しています。ガウシアンビームを集光して取得された45枚の光学的なスライス画像を垂直に積み重ねるとボリュームイメージが得られますが、長さ45μmの集光スポットを有するベッセルビームを使用すると、1回走査するだけで同じ構造的な特徴を見ることができます。これはボリュームイメージングの速度が大幅に向上することを示しており、この手法は生体内でまばらにラベル付けされた試料を調べるのに適しています。

ベッセルビームアドオンについての詳細は当社までお問い合わせください。

参照文献: Lu R, Sun W, Liang Y, Kerlin A, Bierfeld J, Seelig JD, Wilson DE, Scholl B, Mohar B, Tanimoto M, Koyama M, Fitzpatrick D, Orger MB, and Ji N. "Video-rate volumetric functional imaging of the brain at synaptic resolution." Nature Neuroscience. 2017 Feb 27; 20: 620-628.

1回のベッセルビームによる走査画像(左)は、ガウシアンビームによる45枚の光学画像の断片を積み重ねて得られた体積走査画像(右)と同じ構造情報を捉えており、これは全走査時間を45分の1に低減できることを示しています。これらの画像は脳切片の300 μm x 300 μmの範囲を走査したものです。ガウシアンビームによる画像を積み重ねた画像の深さはスケールバーで示されています。試料ご提供:Qinrong Zhang, PhD and Matthew Jacobs; the Ji Lab, Department of Physics, University of California, Berkeley.

デモルームやオンラインデモのご予約は当社までご連絡ください。

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デモルーム例(中国オフィス)

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ソーラボの技術者は、世界8カ所のオフィスをベースにしており、お客様の実験用途に適したイメージングシステムをお選びいただくためのお手伝いをいたします。生物学のあらゆる課題解決に向けて研究を行うお客様のために、ニーズに合致し、かつ使いやすく、高い信頼性と対応力のあるシステムを提供いたします。

当社では、実際に当社顕微鏡システムなどを無償でお試しいただけるデモルームをご用意しています。オンラインデモも承ります。 デモルームやオンラインデモのご予約、お問い合わせは当社までご連絡ください。

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Selected Publications Using Thorlabs' Mesoscope

Demas J, Manley J, Tejera F, Kim H, Martínez Traub F, Chen B, and Vaziri A. "High-Speed, Cortex-Wide Volumetric Recording of Neuroactivity at Cellular Resolution using Light Beads Microscopy.bioRxiv. 2021 Feb. 21; 2021.02.21.432164.

Tsyboulski D, Orlova N, Lecoq J, and Saggau P. "MesoScope Upgrade: Dual Plane Remote Focusing Imaging System for Recording of Ca2+ Signals in Neural Ensembles.Biophotonics Congress: Biomedical Optics Congress 2018 (Microscopy/Translational/Brain/OTS), OSA Technical Digest. 2018; JW3A.60.

Lu R, Sun W, Liang Y, Kerlin A, Bierfeld J, Seelig JD, Wilson DE, Scholl B, Mohar B, Tanimoto M, Koyama M, Fitzpatrick D, Orger MB, and Ji N. "Video-rate volumetric functional imaging of the brain at synaptic resolution." Nature Neuroscience. 2017 Feb 27; 20: 620-628.

Sofroniew NJ, Flickinger D, King J, and Svoboda K. "A large field of view two-photon mesoscope with subcellular resolution for in vivo imaging.ELife. 2016 Jun. 14; 14472.


Posted Comments:
CHI LIU  (posted 2021-03-31 11:16:09.39)
Hello, is it possible to buy the objective alone?
YLohia  (posted 2021-03-31 11:24:23.0)
Hello, we will reach out to you directly.
gregory.gauvain  (posted 2017-05-30 17:01:41.7)
Hello, is it possible to buy the objective alone? Thanks. Gregory
nbayconich  (posted 2017-06-13 04:58:47.0)
Thank you for contacting Thorlabs. At the moment we are only selling the Multiphoton Mesoscope as a whole system. I will contact you directly with more information.
heuckerothr  (posted 2017-05-02 18:31:31.16)
I recognize that the multiphoton mesoscope is a new device. Any idea what it will cost? Thanks. Robert O. Heuckeroth
tfrisch  (posted 2017-05-03 11:21:07.0)
Hello, thank you for contacting Thorlabs. I have asked a Sales Representative to reach out to you with information about a quote.